Лабораторная работа № 8 «Аналого - цифровые» «Цифро - аналоговые преобразователи»

1. Цель работы:

1.1 Ознакомиться с принципами построения и действия АЦП, ЦАП

1.2 Исследовать работу АЦП, ЦАП

2. Литература

1. Калабеков Б.А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. М.: Радио и связь, 1997

3. Подготовка к работе

1. Повторить материал по теме ''Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации" 2.1 c.156-173.

2. Ответить на вопросы для допуска к работе:

1. Назначение ЦАП

2. Назначение АЦП

3. Этапы аналого-цифрового преобразования.

4. Основное оборудование

1. Персональный компьютер

2. пакет программ Electronic Workbench

5. Задание

1. Исследовать работу схемы ЦАП.

2. Исследовать работу АЦП.

6. Порядок выполнения работы

Исследовать библиотечные АЦП, ЦАП

6.1 Соберите схему, представленную на рисунке 6.3.1, используя библиотечные АЦП, ЦАП

Рисунок 6.1 - схема для исследования библиотечных АЦП, ЦАП

6.2 В отчете опешите назначение каждого элемента схемы, ответьте на вопросы:

Какой элемент схемы задает амплитуду и частоту аналогового входного сигнала?

Какой элемент схемы определяет «точность» преобразования аналогового сигнал в цифровой:

Примечание для пункта 6.2:

Обозначение АЦП в программном пакете Electronic workbench

Назначение входов:

VIN - вход для источника преобразуемого сигнала;

VREF+; VREF- - вход для источника опорного напряжения;

SOC - Вход синхронизации;

OE - разрешение на выдачу двоичной комбинации на выходы D0...D7;

EOC - сигнал готовности данных (например, при выдаче данных на ЭВМ)

6.3 Установите параметры входного сигнала: Амплитуда: 5 Вольт, частота 1 Герц

Установите частоту, с которой сигнал будет оцифровываться, равной 1 Гц (вход синхронизации)

Получите осциллограмму цифрового и аналогового сигнала на осциллографе, занесите её в отчет.

Увеличивая частоту на входе синхронизации АЦП получите осциллограммы для частот:

2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 Гц (рисунок 6.3.2)

Рисунок 6.3.2 - пример оцифрованного сигнала

7. Содержание отчета

Наименование работы

Цель работы

Исследуемая схема ЦАП и АЦП.

Осциллограммы и графики согласно задания.

Выводы по работе ЦАП и АЦП

Ответы на контрольные вопросы в письменном виде.

8. Контрольные вопросы

Назначение ЦАП и АЦП.

Этапы аналого-цифрового преобразования.

Принцип действия АЦП последовательного приближения и АЦП параллельного типа, схемы, отличия, преимущества (письменно).

Схемы ЦАП, основные виды, принцип действия?

Приложение Введение

Преобразование между аналоговыми и цифровыми величинами – основная операция в вычислительных и управляющих системах, поскольку физические параметры, такие, как температура, перемещение, и напряженность магнитного поля, являются аналоговыми, а большинство практических методов обработки, вычисления и визуального представления информации – цифровыми. Путем преобразования в цифровую форму с помощью АЦП, расположенных в оконечном устройстве, реализуются высокоскоростные, малошумящие, устойчивые и дешевые системы передачи данных на большие расстояния.

Так как АЦП и ЦАП по существу являются устройствами сопряжения, основную схему преобразования необходимо приспосабливать для удовлетворения требований различных применений. Для адаптации необходимы суммирующие регистры, буферы, цифровой узел синхронизации и источник опорного напряжения: их часто предусматривают внешними по отношению к преобразователю. Очевидно, что точное определение того, что содержится в модуле преобразователя, существенно влияет на цену и затрудняет сравнение конкурирующих моделей.

ЦАП можно представить как цифровой управляемый потенциометр, который создают на выходе аналоговый сигнал (напряжение или ток), отображающий нормированную часть его заданной полной шкалы. Выходное напряжение или ток зависят от значения опорного напряжения, выбираемого для задания полной шкалы выходного сигнала. Если опорное напряжение изменяется в соответствии с аналоговым сигналом, то выходной сигнал пропорционален произведению цифрового числа и аналогового входного сигнала. Полярность произведения зависит от полярности аналогового сигнала, цифровой системы кодирования и характера преобразования. Если ЦАП воспринимает опорные сигналы как положительной, так и отрицательной полярности и цифровой сигнал биполярный, то происходит четырехквадрантное умножение.

В АЦП цифровое число на выходе зависит от отношения преобразуемого входного сигнала к опорному сигналу, соответствующему полной шкале. Если опорный сигнал изменяется согласно изменению второго входного аналогового сигнала, то цифровой сигнал на выходе будет пропорционален отношению аналогового и опорного сигналов. Таким образом «измеритель отношений» АЦП может быть представлен как делитель аналоговых сигналов с цифровым выходом.

Для согласования работы ЦАП и АЦП необходимы разнообразные элементы как аналоговой, так и цифровой техники.

Благодаря широкому внедрению в современную электронную аппаратуру микропроцессоров, ЦАП, выпущенные в виде БИС, стали необходимыми элементами при проектировании блоков вычислительной техники, в робототехнике, в системах отображения информации, в системах цифровой связи, в измерительных приборах, системах синтеза аналоговых сигналов и т.д.

Преобразование аналоговой величины в цифровой код применяется довольно часто: в цифровых приборах с индикацией результатов измерения в привычном десятичном счислении, для ввода в цифровой форме параметров технологического процесса в ЭВМ, которая не допускает их выхода за установленные пределы, при передаче информации по линии с целью повышения её помехозащищенности и т.д.

Обратное – цифроаналоговое – преобразование в ряде случаев сопровождает аналогово-цифровое. Кроме того, их сочетание позволяет осуществлять цифровую обработку аналоговой величины, предварительно преобразованной в цифровую форму, и последующее преобразование к исходному аналоговому виду.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами.

Принципиально не исключена возможность непосредственного преобразования различных физических величин в цифровую форму, однако эту задачу удается решить лишь в редких случаях из-за сложности таких преобразователей. Поэтому в настоящее время наиболее рациональным признается способ преобразования различных по физической природе величин сначала в функционально связанные с ними электрические, а затем уже с помощью преобразователей «напряжение-код» – в цифровые. Именно эти преобразователи имеют обычно в виду, когда говорят об АЦП.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей весьма разнообразна.

Схемы применения цифро-аналоговых преобразователей относятся не только к области преобразования код – аналог. Пользуясь их свойствами можно определять произведения двух или более сигналов, строить делители функций, аналоговые звенья, управляемые от микроконтроллеров, такие как аттенюаторы, интеграторы. Важной областью применения ЦАП являются также генераторы сигналов, в том числе сигналов произвольной формы.